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功能梯度材料的热应力分析及研究进展黄梦婷;蒲伟于【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2015(34)7【摘要】功能梯度材料是一种集高强度与高耐热性于一体的新型复合材料。
本文重点对组分分布模型和物性参数模型进行了分析比较，讨论了组分分布系数、物性参数、空隙率等因素对残余热应力的影响，对FGM热应力研究领域的发展趋势做了一些展望。
%Functionally graded material (FGM) is a new composite material with high-strength and high heat resistance. This article compares the component distribution model and physical parameter model and discusses the influence of component distribution coefficient, physical, voidage and other factors on the thermal residual stress. The development trends of FGM thermal stress research is prospected.【总页数】2页(P15-15,16)【作者】黄梦婷;蒲伟于【作者单位】河北工程大学，邯郸056038;昆明理工大学，昆明650093【正文语种】中文【中图分类】TB33【相关文献】1.功能梯度材料热应力研究进展 [J], 曹蕾蕾;裴建中;陈疆;张涛2.非均匀温度场下变物性二维功能梯度材料板的瞬态热应力分析 [J], 仝国军;许杨健3.功能梯度材料结构的热应力边界元分析 [J], 高效伟;杨恺4.辐照防护用TiC/C功能梯度材料微结构与残余热应力分析 [J], 田蔚;李叙华;张宏亮;王坤杰;张兆甫5.W/ODS铁素体钢功能梯度材料热应力分析 [J], 王浩楠;李争显;华云峰;姬寿长;王彦峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Electric Welding Machine·61·第51卷 第5期2021年5月Electric Welding MachineVol.51 No.5May 2021本文参考文献引用格式：孙越，张兆林，刘欣，等. 激光熔覆多层涂层温度场的数值模拟[J]. 电焊机，2021，51（5）：61-65.激光熔覆多层涂层温度场的数值模拟0 前言 目前激光熔覆技术在表面工程、机械修复等诸多领域有着广泛的应用[1]。
它是利用高能束热源同时对熔覆材料和基体表面进行加热熔化，并快速凝固，从而实现熔覆层与基体的冶金结合[2]。
激光熔覆涂层的性能取决于熔覆材料，常见的熔覆材料有铁基、钴基、镍基以及陶瓷粉末等。
由于熔覆过程中熔覆材料和基体材料之间存在着巨大的热物性差异，因此熔覆层制备过程中极易产生较大的残余应力，这也是导致熔覆层开裂的直接原因[3-4]，限制了激光熔覆技术的发展与应用。
残余应力主要来自热应力、相变应力和拘束应力，其中热应力占据主导作用，热应力是当材料受热或冷却时因材料的温度梯度造成的。
因此，研究熔覆过程中的温度场对控制熔覆层的开裂具有重要的意义。
收稿日期：2021-01-24作者简介：孙 越（1989—），男，硕士，工程师，主要从事火电厂无损检测和理化分析，以及激光熔覆表面改性的研究工作。
E-mail： *****************。
文中采用ANSYS “ 生死单元 ”技术研究了多层激光熔覆温度场中节点热循环和温度梯度的变化规律，分析了预热温度对熔覆热循环的影响，旨在为激光熔覆成形工艺提供理论基础与现实依据。
1 建立模型1.1 熔覆材料的物理参数及熔覆工艺参数 模拟过程中选取12Cr1MoV 钢为基体材料，316L 不锈钢为涂层材料，与温度变化相关的参数（线膨胀系数、比热容、导热系数）如表 1所示。
其他参数为：激光功率1 000 W，激光半径1.5 mm，扫描速度4 mm/s，吸收系数0.6，初始温度20 ℃。
第52卷第2期表面技术2023年2月SURFACE TECHNOLOGY·385·热喷涂与冷喷涂技术等离子喷涂热障陶瓷涂层冷却累计残余应力的有限元模拟与验证李建坤1，罗军明1，苏宇航1，高玉魁2，陈同彩1，崔世宇1（1.南昌航空大学 材料科学与工程学院，南昌 330063；2.同济大学 材料科学与工程学院，上海 200092）摘要：目的为有效预测等离子喷涂热障涂层冷却过程中累积的残余应力，降低残余应力对涂层稳定性的影响，需寻求可靠的热障涂层应力检测方法。
方法利用有限元分析软件，采用生死单元法建立了等离子喷涂ZrO2涂层的有限元模型，高斯热源模拟等离子喷涂热源工况，研究涂层冷却至室温的残余应力及其分布。
使用X射线衍射法、拉曼光谱法对等离子喷涂制备的ZrO2涂层进行残余应力检测。
结果通过有限元模拟结果可以看出，喷涂涂层冷却到室温后其中心区域的残余应力与边缘位置相比较大，主要集中在热流中心区域；每层涂层结合界面处会产生较大应力，致使应力沿涂层厚度方向变化明显。
涂层的等效应力为160~ 220 MPa。
采用X射线衍射法检测涂层存在180~185 MPa残余应力。
标定ZrO2涂层的拉曼-应力因子为8.33 (cm·GPa)‒1，计算得到涂层存在残余应力为174~180 MPa。
对喷涂试样进行拉伸试验后，其残余应力有一定程度的释放。
结论使用有限元能有效模拟等离子喷涂至室温时涂层内部残余应力，与XRD、拉曼光谱检测结果具有良好的匹配性，涂层冷却至室温存在180 MPa左右的残余应力，严重影响涂层的稳定性。
关键词：残余应力；有限元模拟；热障涂层；生死单元法；高斯热源；X射线衍射；拉曼光谱中图分类号：TG174.442 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)02-0385-10DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.02.037Finite Element Simulation and Verification of Accumulated CoolingResidual Stress in Plasma-sprayed Thermal Barrier Ceramic Coatings LI Jian-kun1, LUO Jun-ming1, SU Yu-hang1, GAO Yu-kui2, CHEN Tong-cai1, CUI Shi-yu1(1. School of Material Science and Engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China;2. School of Material Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)ABSTRACT: Plasma sprayed ZrO2 ceramic coating has been widely used in many industrial fields due to its simple manufacturing process, low cost, and good heat insulation effect. However, the structure and service conditions of thermal收稿日期：2021–12–20；修订日期：2022–04–22Received：2021-12-20；Revised：2022-04-22基金项目：国家自然科学基金项目（52104361）Fund：National Natural Science Foundation of China (52104361)作者简介：李建坤（1997—），男，硕士研究生，主要研究方向为表面工程。
第29卷 第1期河北理工学院学报Vol129 No11 2007年2月Journa l of Hebe i I n stitute of Technology Feb.2007文章编号:100722829(2007)0120045206功能梯度材料的研究现状李智慧,何小凤,李运刚(河北理工大学冶金与能源学院,河北唐山063000)关键词:功能梯度材料;制备方法;设计方法摘 要:功能梯度材料是一种新型复合材料。
阐述了功能梯度材料的概念、种类、主要制备方法、设计方法、特征评价及应用领域,并讨论了功能梯度材料研究的主要方面。
中图分类号:T M286 文献标识码:A现代科学技术,尤其是军事科学技术的发展,不断地提高了对特殊环境下工作材料的苛刻要求。
普通的陶瓷、金属和复合材料的机械强度、耐热性、耐循环性、耐久性和寿命都很难满足要求,功能梯度材料应运而生。
它是根据使用要求,选择两种不同性能的材料,采用先进的材料制备技术,使中间的组成和结构连续呈梯度变化,内部不存在明显的界面,从而使材料的性质和功能沿厚度方向也呈梯度变化的一种新型复合材料。
1 功能梯度材料的定义及分类功能梯度材料(Functi onal GradientMaterials,简称FG M)是为了适应新材料在高技术领域的需要,满足在极限温度环境(超高温、大温度落差)下不断反复正常工作而开发的一种新型复合材料。
功能梯度材料的概念[1]是由日本材料学家新野正之(Masyuhi N I N O)、平井敏雄(T oshi o H I RA)和渡边龙三(Ryuz o WAT ANBE 等提出的,功能梯度材料的研究开发最早始于1987年日本科学技术厅的一项“关于开发缓和热应力的功能梯度材料的基础技术研究”计划。
所谓功能梯度材料是根据使用要求,选择使用两种不同性能的材料,采用先进的材料复合技术,使中间的组成和结构连续呈梯度变化,内部不存在明显的界面,从而使材料的性质和功能沿厚度方向也呈梯度变化的一种新型复合材料。
梯度功能材料板热弹性分析模型
舒小平
【期刊名称】《复合材料学报》
【年(卷),期】2003(020)001
【摘要】建立了梯度功能材料板的热弹性分析模型.考虑到梯度功能材料的材料性能沿板厚变化,参照复合料层合板将其沿板厚分为若干层,当层数足够多时,各层材料性能可视为常值.通过引入温度沿板厚折线假设和在位移场中考虑截面翘曲,显著改善了这类问题解的精度.算例显示了文中模型的精度和已有分析方法的不足,讨论了分层数的选取.
【总页数】4页(P51-54)
【作者】舒小平
【作者单位】淮海工学院,机械工程系,连云港,222005
【正文语种】中文
【中图分类】TB330.1;O316
【相关文献】
1.任意梯度分布功能梯度板的二维热弹性振动分析 [J], 刘五祥
2.弹性介质中的微尺度功能梯度材料管热弹性振动分析 [J], 仝国军; 刘永寿; 刘会超; 戴嘉茵
3.弹性介质中的微尺度功能梯度材料管热弹性振动分析 [J], 仝国军; 刘永寿; 刘会超; 戴嘉茵
4.横观各向同性功能梯度板的热弹性Navier解 [J], 崔暘;陈鼎;杨博;杨云芳
5.材料参数随温度变化的功能梯度圆筒热弹性分析 [J], 吴雨桐
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W Cu梯度热沉材料的成分与结构设计刘彬彬,谢建新*(北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083)摘要:采用数值模拟的方法,分析了三层梯度结构W Cu材料各层成分与厚度对制备过程中所产生的热应力的影响;对于四层、五层结构的W Cu梯度材料,分析了各层等厚结构时的成分分布与热应力的关系。
结果表明:三层梯度结构W Cu材料的各层厚度发生变化时,中间过渡层的最佳成分不同;均厚的三层结构应力缓和效果最好;随着梯度结构层数的增加,应力缓和效果增强,但增强的趋势由明显变为平缓。
关键词:钨铜复合材料;热沉;功能梯度材料;应力缓和;残余应力中图分类号:TN104.1 文献标识码:A 文章编号:0258-7076(2005)05-0757-05W Cu复合材料由具有高熔点、低膨胀率、高强度的钨和导热性能很好的铜组成,具有高导热和低热膨胀系数等特点[1~4],是一种较为理想的热沉材料,已获得了广泛的应用。
然而,随着电子元器件的大功率化和工作条件更加苛刻,均匀组成的W Cu热沉材料难以满足使用要求。
因此,开发沿厚度方向组成发生变化的W Cu梯度热沉材料,被认为是解决这一问题的有效方法[5]。
低铜含量的钨铜复合材料具有较低的热膨胀系数,适于与陶瓷基板的封装;高铜含量的钨铜复合材料具有良好的导热性能,适于用作散热面。
理想的W Cu梯度热沉材料是实现组成沿厚度方向连续变化,但连续梯度材料在制备与成分的精确控制方面存在较大的困难,因而目前较多采用层压粉末冶金法来制备成分非连续变化的W Cu梯度热沉材料[6~8]。
作者等对采用多坯料挤压法制备三层结构的W Cu梯度功能材料进行了探讨,证明了该方法的可行性[9,10]。
采用粉末冶金法制备W Cu梯度热沉材料,中间过渡层成分的选择十分重要,不合理的选择难以达到满意的热应力缓和效果。
本文采用数值模拟的方法,以Ansys为数值模拟平台,对制备钨铜梯度热沉材料时烧结过程产生的热应力进行数值模拟,详细分析了过渡层成分和过渡层结构的变化对残余热应力的影响。
